JPH06202094A

JPH06202094A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH06202094A
Application number: JP4348869A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Nakayama; 唯哲中山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【構成】光源ランプ１０１から放射された光束は反射
鏡１０２で反射され、ダイクロイックミラー１０３で二
つの光束に分離される。分離された光束は、それぞれの
光路中の第１レンズ群１０４，１０５と第２レンズ群１
０８，１０９で構成されるインテグレータによって液晶
パネル１１４が照明される。液晶パネル１１４で変調さ
れた光束は、キューブプリズム１１５で合成され、投写
レンズ１１６によって映像が投写表示される。【効果】インテグレータ照明系を用いた投写光学系に
バックフォーカスの短い投写レンズを用いることが可能
となり、従来より明るく高品位な映像表示が実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光束変調を行なう液晶
パネルの映像をスクリーン上に拡大表示する投写型表示
装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルの映像を投写表示する液晶プ
ロジェクターの課題は、光源光の高効率利用である。現
在実用化されている液晶プロジェクターにおける総合効
率は約１ｌｍ／Ｗしかなく、明るさを確保するために消
費電力を大きくしている。

【０００３】効率を改善する一つの手段として、例えば
ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥＲＥＣＯＲＤＯＦＴＨＥ
１９９１ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＤＩＳＰＬＡ
ＹＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ１５１〜１５４頁に示される
ようなインテグレータの使用が考えられる。この構成
は、特開平３−１１１８０６号公報にその内容が詳しく
述べられている。

【０００４】このインテグレータは、原理的には露光機
に使用されているものと同じで、光源からの平行光束
を、複数の矩形レンズによって分割し、各矩形レンズの
像を各矩形レンズに一対一で対応するリレーレンズで液
晶パネルに重畳結像させるというものである。この方法
では、光源光束が液晶パネルと相似形で切り出されて、
切り出された光束は液晶パネルにもれなく照射されるた
め照明効率が向上し、前記のＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥＲ
ＥＣＯＲＤでは、約３割の効率改善が報告されている。
また、各切り出し光束が重ね合わされるため、スクリー
ン上での照度むらや色むらも大幅に改善される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、インテグレ
ータの使用は、前記公開特許公報にも記述されているよ
うに、「投写レンズ系の開口数が大きくなりすぎるので
実際には左程好適なものではない」。つまり、見かけの
光源が大きくなって光束の平行性が劣化するため、液晶
パネルに入射した光束すべてを投写利用するには、かな
り大きい投写レンズを必要とすることになる。

【０００６】液晶パネルが偏光光を変調する方式である
場合、通常は偏光フィルムを用いることで、光源光の半
分以上は捨ててしまわれるが、ＥＵＲＯＤＩＳＰＬＡＹ
’９０ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ６４〜６７頁に示
されるように、偏光ビームスプリッターと１／２波長板
で構成される偏光変換素子を用いることによって、全光
源光を利用する方法がある。この偏光変換素子と上記イ
ンテグレータの併用は当然可能であるが、実際はインテ
グレータの大きさが２倍になるため、開口数がさらに大
きい投写レンズが必要となって余り好ましい方法ではな
い。

【０００７】液晶パネルが、各画素にスイッチング素子
を備えるアクティブマトリックスパネルである場合、パ
ネルの実効開口率を向上させる方法として、ＳＩＤ９
２ＤＩＧＥＳＴ２６９〜２７２頁に示されるように、
液晶パネルの光束入射側にマイクロレンズアレイを搭載
する方法が報告されている。マイクロレンズアレイを用
いる方法は、入射光束の平行性が良ければ、光束利用効
率を最大で２倍程度に高められるので非常に有効な方法
である。ところが、上述したインテグレータを用いる方
法では、照明光束の平行性が非常に悪くなっているため
マイクロレンズを使用しても効果はほとんど現れない。

【０００８】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、インテグレータ
を用いた投写光学系において、大きな投写レンズを必要
とせずに高品位で明るい表示を可能にすることである。
また、さらに光学要素を付加することによって、さらに
明るく光利用効率の高い投写型表示装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による投写型表示
装置は、照明装置と、該照明装置からの光束を３原色光
に分離する色光分離手段と、各原色光を変調して画像情
報を含ませる変調手段と、各変調光を合成する色光合成
手段と、合成光束をスクリーン上に投写表示する投写光
学系とを含んで構成され、前記照明装置から前記変調手
段までの光路中に、複数のレンズを用いて複数の２次的
光源を形成し、さらに同数のレンズを前記２次的光源の
できる位置に配置して前記変調手段を照射する照明光学
系を、複数搭載していることを特徴とする。

【００１０】また本発明による投写型表示装置は、照明
装置と、該照明装置からの光束を２つの光束に分離する
色光分離手段と、各色光を変調して画像情報を含ませる
２つの変調手段と、各変調光を合成する色光合成手段
と、合成光束をスクリーン上に投写表示する投写光学系
とを含んで構成され、前記照明装置から前記色光分離手
段までの光路中に、複数のレンズを用いて複数の２次的
光源を形成し、さらに同数のレンズを前記２次的光源の
できる位置に配置して前記変調手段を照射する照明光学
系が配置されていることを特徴とする。

【００１１】また本発明の投写型表示装置は、照明装置
と、該照明装置からの光束に含まれる偏光光を変調して
画像情報を含ませる変調手段と、変調光束をスクリーン
上に投写表示する投写光学系とを含んで構成され、前記
照明装置から前記変調手段までの光路中には、複数の矩
形レンズで構成される第１レンズ群により複数の２次的
光源を形成し、同数のレンズにより構成される第２レン
ズ群を前記２次的光源の位置に配置することによって前
記変調手段を照射するインテグレータ照明光学系が配置
され、さらに、前記第１レンズ群の照明装置側／第２レ
ンズ群側に、前記照明装置からの光束に含まれる互いに
直交する二つの偏光光を９０度以内の角度に方向分離す
る偏光分離手段を配することによって、前記第２レンズ
群上に各偏光光に対応する２重の２次光源像を形成し、
どちらか一方／両方の２次光源位置に位相差板を配して
偏光方向を変換し、第２レンズ群からは偏光方向の揃っ
た光束が出射されて前記変調装置が照明されることを特
徴とする。

【００１２】また本発明による投写型表示装置は、照明
装置と、該照明装置からの光束を変調して画像情報を含
ませる変調手段と、変調光束をスクリーン上に投写表示
する投写光学系とを含んで構成され、前記照明装置から
前記変調手段までの光路中には、複数の矩形レンズで構
成される第１レンズ群により複数の２次的光源を形成
し、同数のレンズにより構成される第２レンズ群を前記
２次的光源の位置に配置することによって前記変調手段
を照射するインテグレータ照明光学系が配置され、前記
変調手段は、各画素にスイッチング素子の形成された液
晶パネルであって、この液晶パネルの光束入射側には、
マイクロレンズアレイが配置されていることを特徴とす
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による投写型表示装置につい
て、図面に基づき詳細に説明する。

【００１４】（実施例１）本発明の投写型表示装置の構
成を図１に示す。光源ランプ１０１は、ハロゲンラン
プ，メタルハライドランプ，キセノンランプなど点に近
い光源で、放射される光束は、反射鏡１０２に反射され
平行に近い光束となる。光束は青色緑色反射ダイクロイ
ックミラー１０３によって、赤色光は透過し、緑色光と
青色光は反射される。赤色光束は、次に両面全反射ミラ
ー１０６、全反射ミラー１１０，１１１で順に反射さ
れ、集光レンズ１１３を経て、液晶パネル１１４に達す
る。緑色光は全反射ミラー１０７で反射され、次に緑反
射ダイクロイックミラー１１２に反射され、さらに両面
全反射ミラー１０６で反射され、集光レンズ１１３を経
て対応する液晶パネル１１４に達する。青色光は、全反
射ミラー１０７に反射され、緑色反射ダイクロイックミ
ラー１１２を透過し全反射ミラー１１７に反射され、他
の色光と同様に集光レンズ１１３を経て、液晶パネル１
１４に入射する。３枚の液晶パネル１１４は、それぞれ
の色光を変調し、各色に対応した映像情報を含ませる。
キューブプリズム１１５は、それぞれの変調光束を合成
するもので、赤色反射の誘電体多層膜と青色反射の誘電
体多層膜を十字状に含んでいる。合成された光束は、投
写レンズ１１６を通過してスクリーン上に映像を形成す
る。

【００１５】インテグレータ照明系は、青色緑色反射ダ
イクロイックミラー１０３で分割されたそれぞれの光束
に対して配置される。赤色光束には、両面全反射ミラー
１０６の前後に第１レンズ群１０４と第２レンズ群１０
８を配し、一方緑色光束と青色光束には、全反射ミラー
１０７の前後に第１レンズ群１０５と第２レンズ群１０
９を配置する。各レンズ群の間が全反射ミラーであるこ
とは重要なことである。各レンズ群の間にダイクロイッ
クミラーが入る構成も可能であるが、この場合ダイクロ
イックミラーには入射角度のばらついた光束が入射する
ため、誘電体多層膜の角度依存性により表示画面に大き
な色むらが発生する。また、図１のような配置にするこ
とで、実質的なワーキングディスタンスが第２レンズ群
１０８，１０９と液晶パネル１１４の距離に等しくな
り、インテグレータがない場合に比べて１／２になって
いる。実際、光束の利用効率はインテグレータがない場
合に比べて約２倍になり、表示むらもほとんどなくなっ
た。

【００１６】インテグレータ照明系の具体的構成を図２
（Ａ）に示す。光源ランプ１０１から放射された光束を
内向して反射させるため、反射鏡１０２は楕円形状とし
た。反射鏡１０２のリム付近で反射された光線は、リム
からａの距離に設定した第２焦点に向かって進行するの
で、第１レンズ群１０４と第２レンズ群１０８は、リム
付近から反射されたリング状の光線にちょうど内接する
ように配置させると効率がよい。第１レンズ群１０４と
第２レンズ群１０８を構成する各矩形レンズは、それぞ
れ偏心させていないので、このままでは第２焦点の位置
で光束が重畳されることになる。そこで、第２レンズ群
１０８の直後にフィールドレンズ２０２を配して、液晶
パネル１１４上で重畳照明される構成とした。第２レン
ズ群１０８の大きさは投写レンズのＦ値と、第２レンズ
群２０２と液晶パネル１１４間の距離ｂによって決ま
る。投写レンズのＦ値をｆとすると、第２レンズ群１０
８の大きさはｂ／ｆよりも小さく設計される。集光レン
ズ１１３は液晶パネル１１４に入射する光束を投写レン
ズの入射瞳に効率よく集めるためのもので、焦点距離は
ｂよりも小さく設計される。

【００１７】図２（Ｂ）は、第１レンズ群１０４または
第２レンズ群１０８の構成を示した図である。ここで
は、図１における光学構成の光路断面が矩形であるた
め、全体の形状を矩形とした。矩形レンズ２０３は、液
晶パネル１１４と相似な形状で、第１レンズ群１０４の
各矩形レンズ上の照度分布が、パネル上で重ね合わされ
ることになる。

【００１８】本投写光学系では、投写レンズ１１６のバ
ックフォーカスが短いため、投写レンズのサイズは小さ
いままで開口数を大きく設計することが容易にでき、イ
ンテグレータによる効果を最大限に発揮することができ
る。また、光源ランプ１０１と第１レンズ群１０４，１
０５の間はある程度の距離があるため、第１レンズ群の
各矩形レンズ上の照度分布は、ある程度なだらかな分布
となっており、液晶パネル１１４上で重畳された照度分
布には、光源ランプ１０１の影が表れる心配がなく表示
品質は非常によい。

【００１９】（実施例２）本発明の投写型表示装置の構
成を図３（Ａ）に示す。光源ランプ１０１から放射され
た光束は、反射鏡１０２で反射されたのち第１レンズ群
１０４と第２レンズ群１０８で構成されるインテグレー
タを通過する。ついで緑色反射ダイクロイックミラー３
０１によって、白色光束は緑色光束とマゼンダ光束に分
割される。それぞれの光束は、全反射ミラー３０２，１
１７で反射され、集光レンズ１１４を経て、液晶パネル
１１４ａ，１１４ｂに入射する。そして、変調された光
束は、緑色光束とマゼンダ光束を合成するダイクロイッ
クプリズム３０３で合成され、投写レンズ１１６によっ
て投写表示される。

【００２０】本構成では、液晶パネルが２枚であるた
め、一方のパネルにはカラーフィルタを設けて２色を分
離変調する必要がある。図３（Ｂ）は、液晶パネル１１
４ｂの画素構成を示した図である。赤色透過フィルタ３
０４と青色透過フィルタ３０５が交互に配置されてい
る。

【００２１】本構成は、液晶パネルを２枚しか用いない
ので光学系の構成が実施例１に比べて非常に簡易になっ
ている。しかも、緑色光に対しては一枚の液晶パネルを
用いているので解像度的にはほとんど劣ることがない。
また投写画像の明るさは緑の明るさによってほぼ決まる
ので、明るさにおいてもさほど劣らない。従って、コン
ピュータの画面のように１画素に３色必要な場合を除い
て、通常の映像を表示する場合はこのような簡易構成を
用いてなんら問題はない。

【００２２】ただし、色再現性は十分とは言えず、赤色
と青色が不足してしまうので、光源ランプのスペクトル
構成を調整し、赤色と青色を通常よりも多めに発光させ
るようにすればよい。例えば、三波長発光型のメタルハ
ライドランプでは、各原色光に対応するハロゲン化物が
添加されるが、現在実用になっているものではリチウ
ム，タリウム，インジウムのハロゲン化物を封入したも
のがある。この場合、リチウムが赤に、インジウムが青
に対応するのでそれぞれ通常よりも多めに添加すればよ
い。

【００２３】現在実用になっている映像表示用のメタル
ハライドランプでは、赤色が不足しやすいという共通の
問題点がある。そこで、図３（Ａ）の別の構成として、
赤色光束には液晶パネルを一枚用い、緑色光束と青色光
束に対しては共通のパネルで変調するという方法が考え
られる。一般的な投写型表示装置では、赤色の不足を補
うために緑を減少させる方法がとられているが、この方
では赤色が十分に得られるので緑色を減らす必要がな
く、投写映像はほぼ同じ光量となる。

【００２４】本構成の投写型表示装置は、実施例１の場
合と同様、投写レンズのバックフォーカスが短いのでイ
ンテグレータを用いているにもかかわらず投写レンズを
小さく設計でき、全体の構成は非常に単純である。ま
た、解像度、明るさにおいても実施例１の場合にさほど
劣ることがなく、通常の映像表示には非常に好適であ
る。

【００２５】（実施例３）現在実用になっている液晶プ
ロジェクターでは、全て偏光光を変調するタイプの液晶
パネルが用いられている。従って、光源ランプから放射
される無偏光光のうち半分は偏光板で吸収されて熱に変
わるため、光利用効率の低下と偏光板の発熱を抑えるた
めのクーリングの必要性が問題となっている。

【００２６】インテグレータの照明光学系に偏光変換系
を付加し、光源からの光束をすべて利用する方法につい
て説明する。図４（Ａ）は、その原理を示す構成模式図
である。基本的には、先に図２（Ａ）で示された通常の
インテグレータ照明系と同じであるが、ここでは、第１
レンズ群１０４の直前に偏光分離器が配され、第２レン
ズ群１０８の直後には位相差板４０５が配置されてい
る。

【００２７】光源ランプ１０１で放射された無偏光光
は、放物面リフレクタ４０１で反射されてほぼ平行な光
束となる。この平行光は偏光分離器４０２に入射して、
互いに直交する関係の二つの偏光光は一定の角度θで方
向分離される。その直後に配置された第１レンズ群１０
４を通過すると、各矩形レンズの焦点位置付近、すなわ
ち対応する第２レンズ群１０８の矩形レンズの内側に光
束が集められて、２次光源のスポットが形成される。通
常このスポットは各矩形レンズの中心に一つが形成され
るだけであるが、ここでは各偏光光に対応して二つのス
ポットが形成される。それらの光束は、次に位相差板４
０５を通過することによってその偏光方向が揃えられ
る。そして通常のインテグレータの場合と同様、フィー
ルドレンズ２０２によって光束は液晶パネル１１４の中
心に集められ、液晶パネルの矩形内をほぼ均一に照明す
る。従って、原理的には光源ランプからの光束はすべて
液晶パネル１１４に入射する。

【００２８】偏光分離器４０２の構成例を図４（Ｂ）に
示す。液晶層４０７をノコギリ状の溝を有するプリズム
基板４０６とガラス基板４０８で挟んだ構造になってい
る。液晶分子はプリズム基板４０６の溝に平行に配向さ
れるので、基板に垂直に入射する光束は、液晶分子に対
する異常光と常光に分かれて、方向的に分離されること
になる。いま、プリズム基板４０６の平坦面にほぼ垂直
に入射する無偏光光４０９は、プリズム基板４０６の傾
斜面に対してαの角度で入射するものとする。液晶分子
の常光に対する屈折率ｎ₀とプリズム基板４０６の屈折
率が等しいとき、常光４１０は傾斜面で屈折されずに直
進し、異常光４１１は屈折されて常光の進行方向に対し
てθの角度がつく。ここで、異常光の屈折率をｎ₁とす
るとき、近似的に以下の式が成り立つ。

【００２９】α≒ａｒｃｔａｎ｛ｓｉｎθ／（ｃｏｓθ
−ｎ₀／ｎ₁）｝プリズム基板４０６をＰＭＭＡで作製すれば、屈折率は
１．４８程度になるので液晶の常光屈折率もほぼ同じに
選ぶことができる。液晶の屈折率差が大きいほど角度θ
を大きくとることができ、現在では屈折率差０．２５程
度のものが市販されている。入射光束はメタルハライド
ランプを用いた場合、一般に主光線に対して±５°程度
まで分布しているが、アーク長の短いランプを用いてな
お光学系を工夫することで±３°程度まで分布を抑える
ことができる。そこで、偏光光の分離角θが最低で６°
あれば両偏光光を完全に分離できることになるので、こ
れらの値を上式に代入してαを求めると、３７°とな
る。従って、プリズム基板４０６の平坦面と傾斜面のな
す角度も約３７°程度になるので、ポリメチルメタクリ
レートやポリカーボネートなどの有機物を用いて容易に
作製することができる。

【００３０】なお実際には、図４（Ｂ）に示されるよう
に、プリズム基板に対して一定の角度βで入射させる。
そうすることで、偏光分離された光束全体の主光線が偏
光分離器に対して垂直になるので、光学系全体の構成が
容易になる。角度βはθ／２に等しく、角度θが６°で
はβが３°になるので、実際には光源をわずかに傾ける
だけでよい。

【００３１】効率の点では、異常光の屈折率をプリズム
基板４０６のそれと一致させる方がよい。この方法で
は、常光４１０が屈折することになるが、常光４１０は
プリズム基板４０６の傾斜面に対してｐ−偏光であり、
しかも界面における入射角はブリュースター角に近く、
反射損失は１％以下に抑えることができる。従って、こ
の方法を用いて、なお空気との界面に対して無反射コー
トを施せば、理論的には光束透過率を９７％以上にでき
る。

【００３２】図４（Ｂ）で示した偏光分離器は、ここで
は液晶を用いて作製された場合を考えたが、原理的には
有機フィルムを用いてつくることが可能であり、例えば
位相差板をプレス加工してノコギリ状の溝を形成すれ
ば、安価に作製することができ、熱的にも安定であると
考えられる。また、液晶の代わりにモノマーを配向させ
て、紫外線や熱によってポリマー化しても熱的に安定な
偏光分離器ができる。

【００３３】偏光分離器を用いない通常のインテグレー
タでは、第２レンズ群１０８の各矩形レンズの中心に、
光源像が形成される。光源光の角度分布がθ度以内であ
り、また、第１レンズ群１０４と第２レンズ群１０８間
の距離がＬである時、その光源像は図５（Ａ）に示され
るように、各矩形レンズの中心において直径θＬの円形
内に形成される。図で示したように常に矩形レンズ内に
完全に収まるというわけではないが、光束の利用効率を
上げるために内接させるよう設計するのが普通である。

【００３４】この図では、矩形レンズの縦横比をハイビ
ジョンの場合を考慮して９：１６で描いてあるが、矩形
レンズ５０１の両側にはスポットのない面積がかなりあ
る。そこで、本発明はこのスペースを利用して偏光変換
を行うもので、本構成においては、第２レンズ群１０８
上には図５（Ｂ）で示されるように、各矩形レンズ上に
両偏光光に対応する二つのスポットが形成される。両ス
ポット間の距離はスポットの直径θＬに等しいので、図
のようにちょうど分離され、しかも矩形レンズ内にちょ
うど収まる。もちろんこれは、アスペクト比９：１６の
場合に限ってのことであり、通常の３：４の場合には、
スポット径を矩形レンズ５０１に内接よりもいくらか小
さくする必要がある。

【００３５】図５（Ｂ）では、各偏光光のスポット５０
３，５０４に対応して位相差板５０６，５０５がストラ
イプ状に配置されている。この位相差板５０５，５０６
はそれぞれの偏光光を４５度回転させて方向を揃える場
合や、位相差板をどちらか一方だけにし、１／２波長板
を用いて偏光方向を９０度回転させて揃える場合が考え
られる。なお、この位相板は図４（Ａ）ですでに示され
たように、第２レンズ群１０８とフィールドレンズ２０
２の間に挟むことができるので、接着すれば界面による
反射損失をなくすことができる。

【００３６】（実施例４）次に、インテグレータを用い
た光学系においてマイクロレンズアレイを用い、さらに
光利用効率を向上させる方法について説明する。

【００３７】図６は、本発明の投写型表示装置における
照明原理を示す構成図である。図では、光源側と投写レ
ンズ側の構成が省略されているが、基本的には先に図２
（Ａ）で示された構成であり、図２（Ａ）で示された液
晶パネル１１４と集光レンズ１１３の間にシリンドリカ
ル形状のマイクロレンズアレイ６０１が配置されてい
る。液晶パネル１１４は、第２レンズ群１０８とフィー
ルドレンズ２０２を通った光源光によって均一に照明さ
れ、フィールドレンズ２０２での光束分布が見かけ上の
光源すなわち２次光源となっている。

【００３８】さて、液晶パネル１１４の表面に接着され
たマイクロレンズアレイ６０１は、液晶パネル１１４内
にマトリックスで配置された画素の列方向に方向が合わ
せられたシリンドリカルレンズが複数配置された構造
で、その数は列の数に一致している。マイクロレンズア
レイ６０１の一つのシリンドリカルレンズを通過した光
束は、対向基板６０２を通って、液晶層６０４に、２次
光源の像を形成する。２次光源の形状は、図５（Ａ）ま
たは（Ｂ）で示されたように縦方向に整列した形状をし
ており、横方向には一定の間隔が存在する。従って、液
晶層にできる２次光源の像は列方向のストライプ状の像
である。ストライプの各光束は、画素と画素の間にある
ブラックストライプ６０３の間を縫って通過するため、
マイクロレンズアレイ６０１のない場合にブラックスト
ライプ６０３で遮蔽されていた光量分だけ効率の向上と
なる。ブラックストライプ６０３は、各画素に一対一で
形成されたスイッチングトランジスタが光に晒されて性
能が劣化するのを防ぐためのものであるが、一般にブラ
ックストライプ６０３で遮蔽される面積部分は全体の６
０％以上ある。従って、マイクロレンズアレイを用いる
ことでかなりの効率向上が期待できる。

【００３９】実際の設計においては、マイクロレンズア
レイ６０１とブラックストライプ６０３の距離ｄを、図
中に示したように、第２レンズ群１０８の各レンズサイ
ズａや液晶パネル１１４の画素ピッチｂによって決定
し、マイクロレンズアレイの焦点距離ｆも図中に示した
関係で決定される。また、図では省略したが、マイクロ
レンズアレイの光源側に集光レンズを配することが必要
であり、その焦点距離はフィールドレンズ２０２とマイ
クロレンズアレイ６０３間の距離ｃにほぼ等しくする。
この集光レンズの付加によって、照明光の主光線はすべ
て液晶パネル１１４に垂直となるので、液晶パネル１１
４のどの部分から見た２次光源も同じ方向で同じ形状と
なり、マイクロレンズアレイの配置は全面で均一にする
ことができる。

【００４０】本発明では、この他にも様々な具体的設計
が考えられる。例えば、マイクロレンズアレイ６０１を
通常の軸対象のレンズを並べたレンズアレイとし、液晶
層に２次光源像を結像させ、各光源像がブラックストラ
イプ６０３をうまく通り抜けさせることも可能である。
この場合、設計が複雑となるもののさらに効率を改善す
ることが可能である。本発明では、マイクロレンズアレ
イによって２次光源の像を形成し、２次光源の光源パタ
ーンが画素上の開口部を効率よく通過するように、イン
テグレータや画素の構造、マイクロレンズアレイの形状
をうまく整合させるというところに特徴がある。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
テグレータ照明系を用いた投写光学系において、液晶パ
ネルで変調された各光束の合成光路を短縮することによ
って投写レンズのバックフォーカスを短縮し、さらにイ
ンテグレータ照明系を二つの光路に使用することによっ
て、従来より明るく高品位な映像を表示する投写型表示
装置が実現できる。

【００４２】また液晶パネルを２枚用いて光束変調を行
い、照明光学系を簡略化することによって、明るく高品
位な投写型表示装置をコンパクトに実現することが可能
となった。

【００４３】さらに、インテグレータに偏光変換作用を
もたせることによって、さらに明るい投写型表示装置を
実現できる。

【００４４】またさらに、液晶パネルの開口部の形状に
合わせてインテグレータの２次光源像を結像させるマイ
クロレンズアレイを装着することによって、さらに明る
く、ひいては低消費電力で冷却装置の必要がない投写型
表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写型表示装置の構成を示す図。

【図２】（Ａ）は、本発明に用いるインテグレータ照明
系の構成例を示す図。（Ｂ）は、本発明に用いるインテ
グレータのレンズ構成を示す図。

【図３】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置の構成を示
す図。（Ｂ）は、本発明の投写型表示装置に使用する液
晶パネルの画素構成を示す図。

【図４】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置における照
明系の構成を示す図。（Ｂ）は、本発明の投写型表示装
置に用いる偏光分離器の構成と原理を示す図。

【図５】（Ａ）は、インテグレータの各レンズ上にでき
る２次光源の形状を示す図。（Ｂ）は、インテグレータ
照明系に偏光分離器を用いた場合の２次光源の形状を示
す図。

【図６】本発明の投写型表示装置に使用するマイクロレ
ンズアレイの照明原理を説明する図。

【符号の説明】

１０１光源ランプ１０２反射鏡１０４，１０５第１レンズ群１０８，１０９第２レンズ群１１３集光レンズ１１４液晶パネル１１５キューブプリズム２０１入射瞳２０２フィールドレンズ２０３矩形レンズ４０２偏光分離器４０５位相差板４０６プリズム基板４０７液晶層６０１マイクロレンズアレイ６０３ブラックストライプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明装置と、該照明装置からの光束を３
原色光に分離する色光分離手段と、各原色光を変調して
画像情報を含ませる変調手段と、各変調光を合成する色
光合成手段と、合成光束をスクリーン上に投写表示する
投写光学系とを含んで構成される投写型表示装置におい
て、前記照明装置から前記変調手段までの光路中に、複数の
レンズを用いて複数の２次的光源を形成し、さらに同数
のレンズを前記２次的光源のできる位置に配置して前記
変調手段を照射する照明光学系を、複数搭載しているこ
とを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】照明装置と、該照明装置からの光束を２
つの光束に分離する色光分離手段と、各色光を変調して
画像情報を含ませる２つの変調手段と、各変調光を合成
する色光合成手段と、合成光束をスクリーン上に投写表
示する投写光学系とを含んで構成される投写型表示装置
において、前記照明装置から前記色光分離手段までの光路中に、複
数のレンズを用いて複数の２次的光源を形成し、さらに
同数のレンズを前記２次的光源のできる位置に配置して
前記変調手段を照射する照明光学系が配置されているこ
とを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】照明装置と、該照明装置からの光束に含
まれる偏光光を変調して画像情報を含ませる変調手段
と、変調光束をスクリーン上に投写表示する投写光学系
とを含んで構成される投写型表示装置において、前記照明装置から前記変調手段までの光路中には、複数
の矩形レンズで構成される第１レンズ群により複数の２
次的光源を形成し、同数のレンズにより構成される第２
レンズ群を前記２次的光源の位置に配置することによっ
て前記変調手段を照射するインテグレータ照明光学系が
配置され、さらに、前記第１レンズ群の照明装置側／第２レンズ群
側に、前記照明装置からの光束に含まれる互いに直交す
る二つの偏光光を９０度以内の角度に方向分離する偏光
分離手段を配することによって、前記第２レンズ群上に
各偏光光に対応する２重の２次光源像を形成し、どちら
か一方／両方の２次光源位置に位相差板を配して偏光方
向を変換し、第２レンズ群からは偏光方向の揃った光束
が出射されて前記変調装置が照明されることを特徴とす
る投写型表示装置。
【請求項４】照明装置と、該照明装置からの光束を変
調して画像情報を含ませる変調手段と、変調光束をスク
リーン上に投写表示する投写光学系とを含んで構成され
る投写型表示装置において、前記照明装置から前記変調手段までの光路中には、複数
の矩形レンズで構成される第１レンズ群により複数の２
次的光源を形成し、同数のレンズにより構成される第２
レンズ群を前記２次的光源の位置に配置することによっ
て前記変調手段を照射するインテグレータ照明光学系が
配置され、前記変調手段は、各画素にスイッチング素子の形成され
た液晶パネルであって、この液晶パネルの光束入射側に
は、マイクロレンズアレイが配置されていることを特徴
とする投写型表示装置。